Из нефтяных отходов изготовят дешёвые алмазы

Изготовление искусственных алмазов — процесс дорогостоящий, требующий огромных затрат энергии. Но теперь химики имют в своём арсенале технологию создания куда более дешёвых драгоценных камней из отходов нефти. Для этого достаточно температуры газовой горелки (однако есть одно "но", о котором мы расскажем ниже).

Достижение описано в научной статье, опубликованной в журнале Science Advances.

Человечество изготавливает искусственные алмазы более 60 лет. Этот невероятно твёрдый, прозрачный и химически устойчивый материал незаменим во многих областях, от обыденной резки стекла до квантовых технологий.

Но даже синтетический алмаз — дорогое удовольствие. Чтобы воспроизвести условия образования этого минерала в глубинах Земли, требуются огромные температуры и давления. Если использовать катализатор, то процесс несколько упрощается, но ухудшается качество конечного продукта.

Теперь химики из США и Китая разработали новую технологию получения драгоценного материала. Она не требует катализаторов и работает в куда менее экзотических условиях, чем классические рецепты.

Исходным материалом служат диамондоиды. Это углеводороды с особым строением молекул. По пространственному расположению атомов углерода такая молекула аналогична одной, двум или трём ячейкам кристаллической решётки алмаза.

Трансформация запускается с помощью алмазных наковален и лазера.
Фото Andrew Brodhead.

Диамондоиды были открыты ещё в 1930-х годах. Для их получения даже не обязательно перерабатывать сырую нефть: можно воспользоваться естественным налётом на стенках танкеров. Это белая и слегка липкая масса без запаха, ничем не напоминающая драгоценность. Именно такой исходный материал и выбрала исследовательская группа.

Небольшое количество вещества, которое можно переместить обычной иголкой, химики выкладывали на алмазную наковальню. Вот ещё одна иллюстрация полезности этого минерала: даже для изготовления алмаза учёным понадобился алмаз! Поясним, что такие наковальни помогают создать большое давление, а их прозрачность позволяет при этом нагревать образец лучом лазера.

Первоначально сосредоточившись на уменьшении давления, необходимого для получения алмазов, учёные превратили исходный материал в алмаз при 120 тысячах атмосфер и температуре в 1700 градусов Цельсия. Поставив цель минимизировать температуру, они получили драгоценный камень всего при 600 градусах Цельсия (это меньше температуры пламени бытовой газовой плиты). Зато давление им при этом понадобилось повысить до 200 тысяч атмосфер.

Перечисленные условия выглядят экстремально, но они куда мягче, чем те, что обычно используются для синтеза алмазов.

Путём компьютерного моделирования исследователи выяснили, что диамондоид превращается в алмаз сразу, без промежуточной стадии графита. Быстрее всего драгоценный материал образуется из триамантана, молекула которого аналогична трём ячейкам кристаллической решётки алмаза. На трансформацию требуются буквально доли секунды. Водород, входящий в состав диамондоида, при этом улетучивается.

Разумеется, в нынешнем виде технология позволяет получать лишь очень маленькие алмазы: ведь их размер ограничен площадью алмазных же наковален. Теперь перед исследователями стоит задача научиться делать драгоценные камни из диамондоидов в промышленных масштабах.

К слову, ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) писали о создании алмазов, гибких, как резина.

  • Автор: Анатолий Глянцев
СЛЕДУЮЩИЙ МАТЕРИАЛ РАЗДЕЛА "Технологии"